בשנים האחרונות התגלה התפוצצות של תגליות מחוצה לה. חלק מהעולמות הללו נמצאים במה שאנחנו רואים את "האזור המגורים", לפחות בתצפיות ראשוניות. אבל כמה מהם יש אטמוספריות עשירות חמצן עשירות חיים באותה הווריד כמו כדור הארץ?
מחקר חדש מעלה כי האטמוספרות הנשמות עשויות להיות לא נדירות כמו שחשבנו על כוכבי לכת עתיקים כמו כדור הארץ.
כדור הארץ לקח זמן רב לפתח את האווירה המחומצן שאנו נהנים ממנה כעת. עד לפני כ -2.4 מיליארד שנה, בכוכב הלכת שלנו היה הרבה פחות חמצן באטמוספירה ובאוקיינוסים שלו. כל זה השתנה כאשר אירע אירוע חמצן גדול; הראשון מבין השלושה שעיצב את כדור הארץ.
המודל התלת-שלבי של החמצון של כדור הארץ מובן ומקובל למדי, אם כי אין בו מחלוקת. המודל מתאר שלוש תזוזות עיקריות בתולדות כדור הארץ, כאשר כל אחת מהן משנה את אווירת כדור הארץ באופן משמעותי על ידי הוספת חמצן נוסף.
שלושת האירועים היו:
- אירוע החמצון הגדול התרחש לפני כ -2.4 מיליארד שנה בתקופת הפליאפרוטרוזואוז. במקרה זה, מיוצר ביולוגית חמצן שהצטבר באוקיינוסים ובאטמוספרה, מה שמוביל כנראה להכחדה המונית ראשונית.
- אירוע החמצן הניאופרוטרוזואוזי עלה בעלייה דרמטית ברמות החמצן, וקדם לפיצוץ קמבריא לפני כ -540 מיליון שנה.
- אירוע החמצן הפליאוזואי התרחש לפני כ -400 מיליון שנה וראה חמצן מגיע לרמתו הנוכחית של כ -21%.
ההיסטוריה של החמצון של כדור הארץ מורכבת. זו לא הייתה התקדמות ליניארית. בתחילה נוצר חמצן כתוצר לוואי פסולת על ידי צורות חיים, וחלק גדול ממנו נקלט בקרום כדור הארץ. החמצן מגיב מאוד והוא יצר כל מיני תרכובות עם אלמנטים אחרים וננעל בתוך הקרום. בפרט, הוא הגיב עם ברזל לייצור תחמוצת ברזל ברשומה הגיאולוגית, אחד האינדיקטורים הטובים ביותר שלנו לכניסת החמצן לאטמוספרה.
עם זאת, יש הרבה ויכוחים סביב המודל הזה. על פי הבנה אחת של המודל, חיידקים פוטוסינתטיים באוקיינוס ייצרו הרבה מהחמצן המוקדם. ואז כוכבי לכת מבוססי יבשה הגיעו לאורך מאות מיליוני שנים לאחר מכן, והעלו את רמת החמצן שוב. ישנן גם עדויות לכך שטקטוניקת צלחות והתפרצויות וולקניות מסיביות שיחקו תפקיד.
במאמר של מחברי המחקר החדש נכתב כי מודל זה מרמז כי דרושה רמה מסוימת של מזל ליצירת עולם עשיר בחמצן. "אם התפרצות וולקנית אחת לא הייתה קורה, או סוג מסוים של אורגניזם לא היה מתפתח, ייתכן שהחמצן היה נתקע ברמות נמוכות", נכתב.
אבל אולי זה לא המקרה.
המחקר החדש שלהם נקרא "חמצון כדור הארץ בכיוון השלב הוא תכונה אינהרנטית של אופניים ביוגוכימיים עולמיים" והמילה "אינהרנטית" היא המפתח כאן. המחברים אומרים כי ברגע שהיו לנו החיידקים הנכונים וטקטוניקת הפלטה, ששניהם הוקמו לפני 3 מיליארד שנה, זה היה רק עניין של זמן עד שהגענו לרמת החמצן שיש לנו עכשיו. בלי קשר להרי געש וצמחים יבשתיים.
“מחקר זה באמת בודק את ההבנה שלנו כיצד כדור הארץ הפך עשיר בחמצן, ובכך מסוגל לתמוך בחיים נבונים.“
לואיס אלקוט, מחבר ראשי, המכון למדעי כדור הארץ, אוניברסיטת לידס.
במקום כוחות חיצוניים, זה היה "קבוצה של פידבקים פנימיים שכללו מחזורי הזרחן, הפחמן והחמצן העולמיים" שהובילו לחמצון של כדור הארץ, כך אומרים המחקר. למעשה, מחזורים אלה היו "מייצרים את אותה תבנית תלת-שלבית שנצפה ברשומה הגיאולוגית."
הכל מסתכם בכך, מהמאמר: "אנו מסיקים כי אירועי החמצון של כדור הארץ עולים בקנה אחד עם החמצון ההדרגתי של פני השטח הפלנטריים לאחר התפתחות פוטוסינתזה חמצן."
אבל איך הם הגיעו למסקנה זו?
החוקרים באוניברסיטת לידס בבריטניה. הסופר הראשי הוא לואיס ג'יי אלקוט, סטודנט לתואר שלישי במכון המדע למשטח הארץ. אלקוט והחוקרים האחרים עבדו עם מודל מבוסס היטב של ביוגאוכימיה ימית ושיננו אותו. הם ניהלו את המודל הזה לאורך כל תולדות כדור הארץ, וגילו שהוא הפיק את שלושת אירועי החמצון העיקריים לבד.
בהודעה לעיתונות אמר אלקוט, "מחקר זה באמת בודק את ההבנה שלנו כיצד כדור הארץ הפך עשיר בחמצן, ובכך מסוגל לתמוך בחיים תבוניים."
החשיבה הדומיננטית העומדת מאחורי תולדות החמצון של כדור הארץ מסתמכת על כמה קטגוריות אירועים רחבות כדי להסביר זאת. אחת מהן היא התפתחויות אבולוציוניות עיקריות בצורות חיים המייצרות חמצן. בעיקרון "מהפכות ביולוגיות", בהן צורות החיים הפכו מורכבות יותר ויותר והנדסו סביבה עשירה בחמצן. הקטגוריה השנייה היא מהפכות טקטוניות: עלייה דרמטית וספציפית בפעילות הטקטונית, כולל פעילות וולקנית משמעותית, ששינתה את הקרום והובילה לרמות חמצן גבוהות יותר.
היו הרבה ויכוחים סביב האופי המדויק של שתי הקטגוריות הרחבות, אך המחקר החדש הזה נותן למדענים עוד מה לחשוב עליו. במקום להסתמך על אירועים "צעדים-צעדים" שניתן לציין ברשומה הגיאולוגית כדי להסביר את החמצון, המחקר החדש מצביע על מחזורי משוב בין זרחן, פחמן וחמצן.
המחקר מציע גם כי חמצן היה בלתי נמנע.
מחבר המחקר השותף, פרופסור סימון פולולטון, אף הוא מבית הספר לכדור הארץ והסביבה בלידס, אמר: "המודל שלנו מציע כי חמצן של כדור הארץ לרמה שיכולה לקיים חיים מורכבים היה בלתי נמנע, ברגע שהמיקרובים המייצרים חמצן התפתחו. "
בלב הדגם החדש הזה נמצא מעגל הזרחן הימי. המודל שלהם ייצר את אותה דפוס חמצן בשלושה שלבים שחווה כדור הארץ "כשהוא מונע אך ורק על ידי מעבר הדרגתי מצמצום לתנאי שטח מחמצנים לאורך זמן. המעברים מונעים על ידי האופן בו מחזור הזרחן הימי מגיב לרמות החמצן המשתנות, וכיצד הדבר משפיע על הפוטוסינתזה, הדורשת זרחן. "
"העבודה שלנו מראה כי הקשר בין מחזורי הזרחן, הפחמן והחמצן העולמיים הוא בסיסי להבנת היסטוריית החמצון של כדור הארץ. זה יכול לעזור לנו להבין טוב יותר כיצד כוכב לכת שאינו משלנו עשוי להפוך למגורים, "אמר הסופר הבכיר ד"ר בנימין מילס.
אז יש תקווה לכמה מאותם Exoplanets.
המחקר הזה לא יהיה המילה האחרונה בעניין. אבל זו תוצאה מסקרנת, ואם היא עומדת בבדיקה מדעית נוספת, היא עשויה בהחלט להשפיע על האופן בו אנו מאפיינים את האקס-פלנטות שמצאנו כבר, ועל אלפים נוספים שנמצא עם TESS ועם טלסקופים עתידיים אחרים למציאת כדור הארץ.
יותר:
- הודעה לעיתונות: הפיכת חיים חדשים לוויכוח החמצן בכדור הארץ
- נייר מחקר: חמצון האדמה בכיוון השלב הוא תכונה אינהרנטית של רכיבה על אופניים ביוגאוכימיים עולמיים
- מאמר: אטמוספרות נושמות עשויות להיות נפוצות יותר ביקום ממה שחשבנו לראשונה
- נייר מחקר (2014): עליית החמצן באוקיינוס ובאווירה הקדומה של כדור הארץ
